宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用画的作者是谁 画的作者是高鼎吗光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)画的作者是谁 画的作者是高鼎吗的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(y画的作者是谁 画的作者是高鼎吗ǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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